Чарльз Эллис - Эпигенетика

Tartof K.D., Hobbs C., and Johnes M. 1984. A structural basis of variegating position effects. Cell 37: 869-878.

Tschiersch B., Hofmann A., Krauss V., Dorn R., Korge G., and Reuter G. 1994. The protein encoded by the Drosophila position effect variegation suppressor gene Su(var)3- 9 combines domains of antagonistic regulators of homeotic gene complexes. EMBO J. 13: 3822-3831.

Wakimoto B.T. and Heam M.G. 1990. The effects of chromosome rearrangements on the expression of heterochromatic genes in chromosome 2L of Drosophila melanogaster. Genetics 125: 141-154.

Wallrath L.L. and Elgin S.C.R. 1995. Position effect variegation in Drosophila is associated with an altered chromatin structure. Genes Dev. 9: 1263-1277.

Wallrath L.L., Gunter V.P., Rosman L.E., and Elgm S.C.R. 1996. DNA representation of variegating heterochromatic P element inserts in diploid and polytene tissue of Drosophila melanogaster. Chromosoma 104: 519-527.

Wang Y., Zhang W., Jin Y., Johansen J., and Johansen K.M. 2001. The JIL-1 tandem kinase mediates histone H3 phosphorylation and is required for maintenance of chromatin structure in Drosophila. Cell 105: 433-443.

Zhimulev I.F., Belyaeva E.S., Fomina O.V, Protopopov M.O., and Bolsh-kov VN. 1986. Cytogenetic and molecular aspects of position effect variegation in Drosophila melanogaster. Chromosoma 94: 492-504.

Robin С. Allshire 1 и Eric U. Selker 2

1Wellcome Trust Center for Cell Biology, The University of Edinburgh, Edinburgh E119 3JR, Scotland, United Kingdom

2Institute of Molecular Biology, University of Oregon, Eugene, Oregon 97403-1229

Грибы дают нам превосходные модели для понимания структуры и функции хроматина как в активно транскрибируемых районах (эухроматин), так и в транскрипционно «молчащих» районах (гетерохроматин). Почкующиеся дрожжи, Saccharomyces cerevisiae, явились бесценной эукариотической моделью для изучения структуры хроматина, связанной с транскрипцией в эухроматиновых районах, и для создания парадигмы для «молчащего» хроматина. С другой стороны, дробянковые дрожжи Schizosaccharomyces pombe и нитчатый гриб Neurospora crassa явились эффективным средством для исследования форм сайленсинга, более тесно связанных с таковыми у высших эукариот. У этих грибов гетерохроматиновые районы сравнительно малы и несущественны для жизнеспособности, что делает их более легкими для расчленения [to dissect] и манипулирования. Наше понимание гетерохроматина вокруг центромерных и теломерных районов достигло наибольших успехов в работе с дрожжами S. cerevisiae и S. pombe; однако механизм сайленсинга хроматина, используемый S. pombe , демонстрирует особенности, консервативные и у этих дрожжей, и у гетерохроматиновых районов высших эукариот. Действительно, оба гриба, обсуждаемые в этой главе, — N. crassa и S. pombe — контрастируют с S. cerevisiae в том отношении, что они используют РНК-интерференцию (RNAi), метилирование гистона H3 по лизину 9 и белки типа белка I гетерохроматина (НР1) для формирования «молчащего» гетерохроматина способом, который консервативен или сходен с таковым у растений и многоклеточных животных. Кроме того, N. crassa широко использует метилирование ДНК, являющееся характерной чертой гетерохроматина у многих высших эукариот и классическим эпигенетическим феноменом. Сначала обсуждаются природа и функции гетерохроматина у S. pombe после краткого знакомства с этим организмом. Затем мы обратимся к N. crassa, чтобы продемонстрировать вклад этого нитчатого гриба в эпигенетические исследования.

Дробянковые дрожжи, S. pombe , обнаружены при брожении, связанном с производством пива в субтропических регионах; «pombe», в сущности, и означает «пиво» на языке суахили. S. pombe, в основном, являются гаплоидными (1N) одноклеточными организмами. В богатой питательными веществами среде клетки дикого типа претерпевают митотическое деление приблизительно каждые 2 часа. Но можно использовать целый ряд условий или условных мутантов, чтобы заблокировать клетки на разных стадиях клеточного цикла или синхронизировать клеточные культуры в G/S, G 2или в метафазе. Это особенно полезно, поскольку фаза G 1у быстро растущих культур очень короткая, и клетки почти немедленно переходят после цитокинеза в фазу S; основная часть клеточного цикла приходится на G 2(рис. 1) (Egel, 2004).

Рис. 6.1.Жизненный цикл дробянковых дрожжей S. pombe

Дробянковые дрожжи имеют короткую G1, занимающую менее 10 % клеточного цикла (покрытая пунктиром площадь расширена для облегчения восприятия). В богатой питательными веществами среде клетки, находящиеся в фазе G1, переходят в фазу S. за которой следуют длительная G2 (-70 % клеточного цикла), митоз и цитокинез. В условиях азотного голодания клетки противоположных типов спаривания (+ и -) конъюгируют, после чего ядра сливаются в процессе, называемом кариогамией. Премейотическая репликация и рекомбинация делают возможным прохождение мейоза I и II; в результате образуются четыре ядра, которые обособляются в четыре споры, заключенные в аск. Перенос в среду, богатую питательными веществами, вызывает прорастание спор и возобновление вегетативного клеточного цикла

Подобно S. cerevisiae, S. pombe может переключаться с одного из противоположных типов спаривания на другой; эти типы спаривания называются Плюс (+) и Минус (-). Типы спаривания эквивалентны диморфным полам у высших эукариот, хотя они гаплоидны. Информация для обоих типов спаривания находится в геноме в виде эпигенетически регулируемых «молчащих» кассет — локусов mat2- Р(+) или mat3- М(-). Эти «молчащие» локусы обеспечивают генетическую матрицу для идентичности по типу спаривания, но сам тип спаривания определяется тем, какая конкретная информация (+ или -) находится в активном локусе mat1 Переключение информации в активном локусе mat1 (и, следовательно, типа спаривания) происходит путем рекомбинации между «молчащим» локусом и локусом mat1 в соответствии со строгим паттерном (Egel, 2004). В условиях азотного голодания клетки перестают делиться и останавливаются в G,, что активирует половую фазу жизненного цикла — конъюгацию пар клеток + и — с образованием диплоидных зигот (рис. 6.1). После спаривания и слияния ядер происходит премейотическая репликация (увеличивающая содержание ДНК с 2N до 4N). затем происходят спаривание и рекомбинация гомологичных хромосом, и за этим следует редукционное деление мейоза 1 и эквационное деление мейоза II. Это дает четыре отдельных гаплоидных ядра (1N), которые инкапсулируются в споры, заключенные в аск. Последующее предоставление богатого источника питательных веществ делает возможным прорастание спор и возобновление вегетативного роста и митотического деления клеток.

Были изолированы или сконструированы непереключающиеся дериваты, у которых все клетки относятся либо к «+»-, либо к «-»-типу спаривания. Это облегчает контролируемое спаривание между штаммами разных генотипов. Хотя в норме S. pombe гаплоидны, можно отселектировать диплоидные штаммы Такие диплоидные клетки могут затем делиться митозом в ходе вегетативного роста до начала азотного голодания, когда они также претерпевают мейоз и образуют «азиготические аски» (рис. 6.1).